多孔硅表面光学敏感性研究

由于多孔硅具有大表面积,所以常呈现出非常灵敏的表面特性．作者以多孔硅为载体,吸附各种染料分子,如２,２′菁染料分子及其聚集体,首次观察到吸附分子的荧光增强效应和能量转移过程,文中对其机理进行了讨论．     

多孔硅的研究及其应用

多孔硅是一种新型的纳米半导体光电材料,室温下具有优异的光电特性,易与现有硅技术兼容,极有可能实现硅基光电器件等多个领域的应用。本文简明的论述了多孔硅的光电特性之后,又简单介绍了多孔硅在生物科学、照明材料及太阳能电池等多个领域内的应用进展情况,并对其发展前景作了展望。     

多孔硅整流特性研究

从多孔硅的最基本的器件结构——金属/多孔硅/硅入手,研究这种结构的电学性质：整流特性,对进一步理解和提高多孔硅的电致发光和多孔硅在其它一些电学方面的应用有着积极的意义。用电化学腐蚀法制得多孔硅,对多孔硅电化学氧化和氮气气氛下退火,研究这两种后处理方式对多孔硅整流特性的影响。多孔硅经高浓度硫酸电化学氧化后,整流特性消失;多孔硅经氮气气氛下退火后,整流特性增强;分析了相应的机理。     

多孔硅分形的初步研究

用扫描隧道显微表征了多征硅的表面结构，发现它的Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ维数Ｄ的值为１．８８，与逾渗模型的值相等。     

多孔硅表面Si-OH结构的研究

建立了2×1的表面为Si-OH结构的多孔硅(Porous Silicon,PS)模型,在周期性边界条件下的K空间中,采用基于密度泛函理论广义梯度近似的平面波超软赝势方法,对Si-OH结构进行几何结构与电子结构的计算研究.通过分析优化后稳定的Si-OH结构,从理论上证实多孔硅的结构是完全不规则的,表面结构中两类Si-O键长值分别介于0.161-0.163 nm之间和0.168-0.170 nm之间,两类O-H键长值分别为0.097 nm和0.098-0.100 nm,角∠Si-O-H的值主要分布在109.0°-116.3°之间,角∠O-Si-O的值主要分布在96.2°-98.5°之间;最后通过电子局域函数ELF图分析了表面成键与表面电子分布特性.     

多孔硅激光

我们用波长为1064nm的纳秒脉冲激光在硅表面打出小孔结构,然后再做高温退火处理形成了硅的纳米氧化低维结构.在514nm激光泵浦下,发现该结构在700nm和750nm处有很强的受激辐射发光(PL).实验中发现:该PL发光有明显的阈值表现和激光增强效应,证明该PL发光确实是光致受激发射.计算給出氧化界面态模型来解释该光致受激发光机理,其中Si=O和Si-O-S的键合可以产生氧化陷阱态,关键在于该氧化陷阱态与价带顶空穴态之间能够形成粒子数反转.为硅基上激光器件的光电子集成研发开辟了新的途经.     

多孔硅整流特性研究

从多孔硅的最基本的器件结构--金属/多孔硅/硅入手,研究这种结构的电学性质:整流特性,对进一步理解和提高多孔硅的电致发光和多孔硅在其它一些电学方面的应用有着积极的意义.用电化学腐蚀法制得多孔硅,对多孔硅电化学氧化和氮气气氛下退火,研究这两种后处理方式对多孔硅整流特性的影响.多孔硅经高浓度硫酸电化学氧化后,整流特性消失;多孔硅经氮气气氛下退火后,整流特性增强;分析了相应的机理.     

多孔硅荧光谱双峰结构的研究

采用阳极腐蚀法制备了多孔硅（PS），用原子力显微镜（AFM）照片对其表面和结构做了分析，观察到多孔硅纳米尺寸的微结构；并进行了多孔硅层（PSL）的光致发光谱（PL）测量，观察到PL谱峰的“蓝移”和双峰现象，符合量子尺寸效应和发光中心理论，红外吸收光谱进一步证明了发光中心的存在。     

多孔硅特性研究

采用连续变化的单色光作为激光光源，进行了多孔硅的退火研究，测量了多孔硅的光致发光谱，结果表明，其发光机理一是由量子限制效应所决定；另一种由Ｓｉ－Ｈ键所决定。     

多孔硅湿敏特性研究

应用阳极氧化技术在单晶硅片上生长一层多孔硅（ＰＳ）薄膜，用真空镀膜方法分别在其上下两面蒸发一层适当厚度的金属铝作为电极，设计了两种电极图形，制成二端结构的敏感元件。在不同湿度环境下，测出其电容值，得到了多孔硅ＲＨ－Ｃ湿敏特性曲线。通过不同材料、不同工艺条件的试验研究发现：多孔硅湿敏元件的湿敏特性、响应时间与其孔隙率、膜厚等参数有关。从而，确定了适合于敏感应用的材料导电类型、电导率、工艺条件和元件结     

多孔硅的电迁移

研究了多孔硅在甲苯中组成的悬浮体系的电迁移特性。电阻率为80～100Ωcm的n型(111)抛光片，氢氟酸溶液中电化学阳极刻蚀成多孔硅再经过超声振荡得到多孔硅，甲苯悬浮体系．以新抛光铝为负极，在外加电场作用下，多孔硅向p^ -Si、ITD导电璃、Pt、Al、Ag等正极迁移并沉积在这些正极表面构成多孔硅薄膜。考察了不同的电沉积参数，例如电场强度、沉积时间对多孔硅薄膜光致荧光强度的影响．采用UFV-vis光谱、XPS、SBM的方法对悬浮体系以及沉积膜进行了分析。     

新鲜多孔硅(001)表面结构与电子特性理论研究

在周期边界条件下的k空间中,采用基于密度泛函理论的广义梯度近似(GGA)平面波超软赝势法,建立H12S i31几何模型来对表面主要被H覆盖的新鲜多孔硅(Porous S ilicon,PS)(001)表面最外层的S i—H键的几何结构和电子特性进行初步的理论研究.计算得到氢化PS(001)表面几何结构S i—H键长为0.148 nm、H—S i—H键角为106°,并通过原子布居数、电子密度图分析得到氢化PS表面原子的电子特性.     

多孔硅的荧光及微结构

用扫描隧道显微和光致发光方法，观察了发光多孔硅的微结构形貌。发现多孔硅的光致发光主要源自其最表面层；该层是无定型的，但又不同于一般的非晶硅，而像是由大量纳米尺度的硅原子族组成的海绵状微结构；诸硅原子簇随机分布，相互间没有清晰的界面；没有观察到“线”状或“柱”状的结构；多孔硅的微结构有明显的分形特征，其发光很可能是源自此纳米硅材料中的量子尺寸效应。     

离子辐照与发光多孔硅

报道了离子辐射损伤地多孔硅的形成及其发光性质的影响，硅自注入后电化学腐蚀形成多孔硅，注入剂量增加，光荧光谱强度减弱，谱峰红移，半高宽减小，如果样品被非晶化将不发光，因此，为离子注入控制多孔硅发光图形的形成提供了物理依据，制成的图形分辨率达２μｍ。     

多孔硅的电致发光研究

用电化学氧化方法在镀有Al电极的Si片上制备了多孔硅样品,在其上再镀一层ITO透明薄膜作为电极,得到了多孔硅电致发光器件。研究了该器件的结构形貌、光学和电学特性。通过扫描电镜可以观察到多孔硅的"树枝状"结构。器件的I-V特性曲线表明,当加正向偏压时,电流随着电压的增加快速增大,表现为正向导通。当加反向偏压时,电流很小,几乎为零,表现为反向截止,显示出单向导电性特点。器件的电致发光谱和光致发光谱相比,中心峰位和谱峰范围都基本一致,但有蓝移,这主要是因为二者的发光机制不同造成的。     

多孔硅的发光

用电化学腐蚀的方法成功地制备出多孔硅系列样品,这种材料具有室温下肉眼可见的红色发光。波段分布在550-900nm之间的带状光谱,半宽度为0.31eV,峰值波长位于700nm附近。随着测量温度的升高,发光峰位兰移,发光强度随温度的变化呈指数变化规律。实验结果表明,多孔硅的发光是局域在量子线上激子的辐射复合。     

发光多孔硅研究进展

发光多孔硅研究进展ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｉｎＰｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎ￥／／秦国刚（北京大学物理系，教授北京１００８７１）硅是最重要的半导体材料，它在微电子领域有十分重要而广泛的应用。室温下硅的禁带宽度为１．...     

低温下多孔硅电学性质研究

在低温下（10－300K）对多孔硅（Al/多孔硅／单晶硅结构）的I－U特性进行了测量,得到了I－U特性随温度的变化曲线,结果表明,低温下多孔硅的电阻率远大于单晶硅,当温度变化时,电阻率的变化不是单调的,其原因一是电流的主要输运机制随温度的降低发生变化,二是多孔硅中的缺陷态俘获载流子的能力随温度降低而变弱。